燃料電池是一種不經(jīng)過(guò)燃燒過(guò)程的高效電化學(xué)能轉(zhuǎn)換裝臵。利用水的電解的逆反應(yīng)，將氫氣(等燃料)和氧化劑中的化學(xué)能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為電能。燃料電池的工作原理:H2到達(dá)氣體擴(kuò)散層后，在催化劑作用下氧化成H+和e-，H+通過(guò)電解質(zhì)膜與在陰極的O2反應(yīng)生成水，在陽(yáng)極產(chǎn)生的e-則通過(guò)外電路從陽(yáng)極流向陰極，從而形成電流。在燃料電池的反應(yīng)中，氫氣作為燃料被消耗，而電能的產(chǎn)生取代了熱能的釋放。

效率高，更環(huán)保，燃料電池發(fā)電優(yōu)勢(shì)明顯。對(duì)比傳統(tǒng)石化燃料的發(fā)電方式，燃料電池主要具有八點(diǎn)優(yōu)勢(shì):

1)發(fā)電效率高。不受卡諾循環(huán)限制，理論發(fā)電效率能達(dá)到85%-90%，目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率能達(dá)到40-60%，若實(shí)現(xiàn)熱電連供則能實(shí)現(xiàn)80%以上。

2)環(huán)境污染小。若以天然氣做燃料，CO2排放比熱機(jī)減少40%;避免高溫燃燒過(guò)程幾乎不會(huì)排放NOx和SOx。

3)比能量高。液氫燃料電池比能量是鎳鎘電池的800倍，目前燃料電池實(shí)際比能量只有理論值的1/10，但是仍高于一般電池。

4)噪音低。燃料電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)部件少，即使在11MW級(jí)別燃料電池發(fā)電廠附近，所測(cè)得噪音也低于55dB。

5)燃料范圍廣。只要含有氫原子的物質(zhì)都可以作為燃料，例如:天然氣、石油、酒精、甲醇等。

6)可靠性高。當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)，燃料電池響應(yīng)快，無(wú)論出于過(guò)載或低載運(yùn)行，都能較好承受且保證效率。

燃料電池的缺點(diǎn)主要在成本較高，對(duì)燃料的要求較高。燃料電池的價(jià)格是其他發(fā)電機(jī)組(內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī))的2~10倍，燃料氫氣等的制備也相對(duì)較為復(fù)雜。

1.2.燃料電池分類:質(zhì)子交換膜燃料電池最適合用于汽車

燃料電池通常按電解質(zhì)種類分類，質(zhì)子交換膜燃料電池前景廣闊，最適用于汽車等移動(dòng)交通工具。主要有以下六種:

堿性燃料電池(AFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醇燃料電池

(DMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SPFC)六種，主要特點(diǎn)如表1所示。

直接甲醇燃料電池(DMFC)不直接使用氫氣作為燃料，而是使用了液態(tài)甲醇，這種電池的功率很低，但作為可移動(dòng)電子設(shè)備的電源仍有很大潛力，可應(yīng)用于需長(zhǎng)時(shí)間工作但耗電少而平穩(wěn)的設(shè)備中。